光学配套在半导体行业的应用及相关公司介绍

在光刻工艺中，数值孔径更大的透镜是光刻机发展的必要条件，卡尔蔡司（Carl Zeiss，简称蔡司）作为阿斯麦（参股了卡尔蔡司）的供应商为其提供透镜。卡尔蔡司因其相机镜头等产品已为众人所知，但是相对“低调”的是，它还是阿斯麦的供应商，深刻地影响着光刻技术的发展进程。历史上，卡尔蔡司便为半导体行业提供光学配套服务。2000年，7纳米光刻机的研发目标已经提出，卡尔蔡司开始致力于引领未来的半导体技术开发，并在奥伯科亨建立了欧洲最现代的光刻系统新工厂。2001年，该公司的半导体技术团队，以卡尔蔡司的独立企业开始运作，成为世界上极少数几家可以提供微芯片光刻技术的公司之一。2006年，卡尔蔡司设立新的研发中心和新工厂，向最先进的光刻系统配套设备进军，其所提供的Starlith®极紫外光刻光学器件、电子显微镜、掩膜修复工具及氦离子显微镜等过程控制解决方案，以及过程气体分析仪、248纳米的深紫外光氟化氪光刻、AIMS EUV、365纳米（I-Line）高压汞蒸气光刻、193纳米的深紫外光氟化氩光刻、晶圆级CD光学测量等技术，已成为全球芯片生产中的“命脉”。2016年，阿斯麦获得卡尔蔡司24.9%的股份，并承诺8.4亿美元的研发投入，联手研发数值孔径高于0.5 NA的镜头，确保极紫外光学设备研发。从近年来卡尔蔡司公开的信息来看，其所能提供的高精密透镜产能年度增长空间十分有限，而这又成为了限制未来先进工艺量产的重要因素。究其根本，供光刻机使用的镜头由镜片串联组成，这些镜片需要利用高纯度透光材料和高质量的抛光工艺才能加工而成，均匀材质的镜片往往是数十年乃至上百年技术积淀的结果，这才成就了皮米（千分之一纳米）尺度的精加工。阿斯麦总裁兼首席执行官温彼得曾经形象地比喻，“如果反射镜面积有整个德国大，最高的突起处不能高于1厘米。”

除了镜头和光源的极致要求外，光刻机中上万个机械件也都有极致的机械精度要求。这种加工精度，已经远远超越了“图纸”的范围。在光刻工艺中，掩膜板（Photomask）又称掩膜、光掩膜、光刻掩膜板，是集成电路制造中“底片”转移用的高精密工具，是下游电子元器件制造业流程衔接的关键，决定着下游产品的精度和质量。在集成电路的制造中，掩膜开发具有典型的高技术特征。从某种程度上看，消费电子（手机、平板电脑、可穿戴设备等）、车载电子、医疗电子、LED照明和智能家居、物联网等领域的发展均受掩膜的影响。随着全球集成电路向10纳米以下制造工艺技术的发展，对掩膜的产品质量要求越来越高，具体表现为其线缝精度要求已从微米级向纳米级发展。全球专业的掩膜公司有美国的福尼克斯（Photronics），中国台湾地区的台湾掩膜，日本的凸版印刷株式会社（Toppan Printing）、豪雅光学（Hoya）、SK电子（SK-Electronics）等。随着工艺的进一步发展，专业掩膜厂商的市场份额已经逐步取代晶圆制造厂自身需要的掩膜厂商份额，而且在10纳米以下工艺发展中呈现集中化的趋势。总部位于美国康涅狄格州布鲁克菲尔德的福尼克斯公司是专业从事掩膜生产和销售的企业，市场覆盖美国、欧洲、韩国、中国台湾地区等。

在激光系统中，被阿斯麦收购的Cymer公司曾是世界领先的准分子激光源供应商，由加州大学圣迭戈分校毕业的博士罗伯特·埃金斯（Robert Akins）和理查德·桑德斯特罗姆（Richard Sandstrom）于1986年在美国加州创立。两人都曾在国防企业从事激光研究，他们后来在加州大学的实验室里研发了准分子激光器（excimer lasers）的原型。一开始，他们遇到了很多的技术瓶颈，比如如何使激光长期稳定地激发等等。在漫长的摸索过程中，两个人还欠下了大学数十万美元的债务，无奈之下只好抵押房屋以筹措研发资金。1988年，曾在仙童半导体、摩托罗拉和德州仪器工作过的投资人理查德·亚伯拉罕（Richard Abraham）向他们提供了风险投资资金，投资条件则是“Cymer公司必须完全专注于准分子激光源在半导体工艺设备上的应用开发”。后来，佳能和尼康到访后，也加入了投资行列。20世纪90年代，集成电路沿着摩尔定律的路径继续推进，250纳米波长的激光源成为炙手可热的产品，Cymer公司大放异彩。十多年后，阿斯麦在向极紫外光刻机挺进的过程中，收购了Cymer公司。(www.xing528.com)

除阿斯麦、佳能和尼康外，这个行业还有一些其他的配套公司。例如，总部位于美国马萨诸塞州的IPG光电（IPG激光公司、IPG光子、阿帕奇光电公司）成立于1990年，是全球高功率光纤激光器和放大器的生产商，其产品广泛用于材料加工、通信、医疗等领域中。IPG光电采用纵向的集成开发和生产战略，在美国、德国、俄罗斯、意大利等地设生产设施，拥有独特的技术平台。IPG光电的产品覆盖从半导体二极管到特殊激光器和光学部件、光学激光器、放大器，其成品中所需的主要部件均由IPG光电自行设计和生产，因而提高了产品的配套性能，提升了产品的研发速度。

电子科学工业公司（Electro Scientific Industries，简称ESI）是一家激光系统设备供应商，总部位于美国俄勒冈州。1944年，ESI的前身Brown Engineering，其后更名为Brown Electro-Measurement Corporation（简称BECO）。1953年，BECO的道格拉斯·斯特兰（Douglas C.Strain）和其他3名投资者合资收购了其他人的股份，成立了ESI。经过30年的发展，ESI于1983年上市，并于1997年开始并购了多家同领域的制造商，逐步成为行业内的领先者。